混流式水轮机转轮X型叶片的水力特性

X型叶片作为国外先进水轮机设备的关键部件 ,对其结构和水力特性的研究是很有必要的。在反复设计和计算的基础上 ,摸索和总结出一些 X型叶片的结构特点和水力特性。分析表明 ,X型叶片的主要结构特点为 :叶片进口均有“负倾角”,靠近上冠处翼形为负曲率。同时 ,为适应能量转换和出口条件的要求 ,叶片出水边不在轴面上 ,而成一空间曲线。由于 X型叶片的以上特点 ,使叶片间流道内液体的流动趋于顺畅均匀 ,消除了常规叶片正面常见的“横流”现象 ,减轻了叶片近下环处的负荷集中 ,在提高水轮机的运行效率、增加过流量和改善转轮空化性能 。

X型叶片水轮机转轮流场的数值模拟

X型叶片在最近几年被广泛用于高水头大容量混流式水轮机,其数值模拟对计算机的配置提出了更高的要求。模型的建立和网格的粗细直接影响着水轮机数值模拟的结果和对硬件资源的需求。本文从这两方面着手,解决硬件资源一定条件下的大规模流场计算问题。采用全流道和单流道两种几何模型、三种网格精度对X型叶片混流式水轮机转轮进行数值模拟,对能量特性进行了预估,并分析了转轮内部的流动细节。分析结果表明:单流道计算所得能量特性结果优于全流道计算结果,与实验结果一致,这是由网格的粗细引起的;X型叶片表面压力和速度变化均匀,转轮内流动顺畅,表现出良好的水力性能,与实际情况相符;用单流道模型来代替全流道模型对转轮流场进行数值模拟,可以提高计算精度,节省计算时间,降低计算成本。

大型X型混流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术

大型X型混流式水轮机叶片的五轴联动数控加工技术包括叶片数控加工主要工艺过程中，叶片毛坯三维型面测量、计算机辅助自动余量分布计算、叶片加工定位基准与夹具设计、加工区域划分和加工刀具选择，以及叶片精加工后的型面检测等技术。还包括叶片计算机仿真加工过程中，有关五轴刀位计算及刀具干涉检查计算、切削图形仿真及干涉检查、机床仿真及碰撞检查，以及后置处理和加工程序生成等技术。这些技术已成功用于三峡电站Φ3. 3m转轮叶片数控加工。

X型叶片混流式水轮机在小湾电厂应用现状

小湾水电站水轮机为X型叶片混流式转轮结构,X型叶片具有各工况下转轮流道内流态较为稳定,叶片正背面的压力分布均匀等特点;小湾水轮机转轮模型试验主要水力性能指标较为优秀,但运行中还是不能很好满足各种工况要求。开展X型叶片的水力机械模型试验及真机研究,不仅可以完善X型叶片的水力性能研究,而且还可以为已投运的X叶型混流式机组安全、经济运行提供关键的技术支持。

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。

质量矩阵对水轮机组固有振动模态计算结果的影响

针对如何采用有限元法选用适当的单元质量矩阵模式对大型水轮机过流部件进行高精度、高效率和低成本的模态分析问题,本文详细介绍了一致质量矩阵和集中质量矩阵,并以三峡混流式水轮机组为例,数值模拟水轮机转轮、导叶和叶片的前若干阶固有模态,对两种矩阵所得结果进行了比较分析。结果表明,两种质量矩阵模式对低阶固有模态（前30阶）影响不大,固有频率计算值相对误差不超过2%,对应阶数的固有振型相似,而对高阶固有模态（30-100阶）影响显著,固有频率计算值相对误差达到4.25%,且固有振型不同;质量矩阵模式对水轮机转轮、叶片和导叶固有模态的影响随着模态阶数增加而变大,集中质量矩阵计算效率较一致质量矩阵高。从计算精度、效率和成本综合考虑,建议低阶固有模态分析采用集中质量矩阵,高阶固有模态分析采用一致质量矩阵。该研究为水轮机过流部件的动力设计和数值计算提供科学依据,也为水轮机过流部件进一步的动力学分析奠定了基础。

基于N边曲面的混流式转轮叶片精确建模研究

基于混流式转轮叶片空间扭曲、三维建模难以精确化等特点,本文探索出一种新的、快速的转轮叶片三维精确建模方法。以典型的混流式水轮机X型叶片和λ型叶片为例,详述了基于N边曲面进行叶片三维精确建模的方法。并分析对比了新的建模方法和常用方法的不同,同时对水轮机叶片模型进行表面光顺性分析和斜率分析,为后续的CFD分析及数控加工等提供了精确的三维模型。

叶型对微型管道式Savonius水轮机性能的影响

目前,城市给排水、工业循环水等流体输运过程中的余压回收受到广泛关注。微型管道式水轮机因结构简单、使用方便等优点已在国外得到成功应用。基于50mm直径管道设计了一种带导流装置的改进型Savonius微型水轮机。通过试验及ANSYS-CFX数值模拟方法研究了叶型对水轮机水力性能的影响。在其他条件相同的情况下,通过对叶片中心径向曲率半径分别为R14、R22、R30的3种转轮性能比较发现,R14水轮机组最高电功率为5.5W,且水头损失最小。随着叶型曲率减小,转轮的启动扭矩增加,其中R30转轮的启动扭矩最大,自启动性相对较弱,在有发电机负载的试验中流量持续增加,但该机组转轮始终无法启动。研究结果对微型管道式水轮机的性能预测及优化设计有一定参考意义。

大中型混流式水轮机转轮叶型现场测绘方法及其分析与应用

本文作者结合工作实践,对目前我国大中型混流式水轮机转轮叶型现场测绘的各种方法作了介绍和比较,对叶型实测技术的应用范围和叶型实测中若干实用技术问题作了论述。提出了叶型实测精度的估算方法和提高实测精度的途径。此外,还就叶型实测后转轮的修型和修型后的经济效益的确定方法作了阐述。

混流式叶片加工方法改进

首先介绍了关于混流式水轮发电机中转轮叶片传统的加工工艺过程,然后介绍了叶片压模设计过程和叶片加工过程,通过新旧工艺过程的对比,证明了新加工方案具有良好的可行性和经济性。

TBM-6型水轮机转轮叶型测绘仪及其应用

本文介绍了TBM-6型水轮机转轮叶型测绘仪及其应用情况。

混流式水轮机叶片数控加工工艺研究

分析了混流式水轮机叶片加工工艺现状,提出了目前加工工艺中存在的效率低下、精度难以保证的问题。使用了三坐标关节臂测量技术,提高了测量精度、叶片余量分配均匀。提出了一种基于计算机控制的液压千斤顶混流式水轮机叶片快速定位技术。该技术能有效地提高装夹效率,并能代替五轴联动数控机床加工曲率变化大的叶片。

基于CFD的长短叶片水轮机全流道湍流流动定常研究

以混流式水轮机HLA351为原型,基于FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对长短叶片结合混流式水轮机在额定流量工况下湍流流动进行了全流道三维定常模拟研究,获得了长短叶片水轮机全流道的流速和压力分布。计算结果表明,长短叶片结合的水轮机流速和压强分布合理、性能优,对水力机械的设计等研究具有重要的指导意义。